ВВЭР-440 ВВЭР-1000

 

Рис.1. Стали для корпусов атомных реакторов в России

Совершенствование материалов для корпусов реакторов под давлением более полно было представлено в работе [7]. Радиационная стойкость материалов для корпусов реакторов под давлением как стационарных, так и транспортных из сталей Cr-Mo-V и Сr-Ni-Mo-V композиций изучена достаточно подробно. Основные результаты этих исследований отражены в монографиях [8, 9].

Несмотря на перечисленные достоинства стали марки 15Х2МФА, у нее есть существенный недостаток - высокая активируемость при воздействии нейтронного облучения из-за легирования элементами, образующими при облучении долгоживущие изотопы (Mo). Высокая активируемость стали приводит к проблеме утилизации отработавших свой срок корпусов, так как их наведенная в результате воздействия нейтронного облучения радиоактивности снижается до безопасного уровня за очень большой срок (свыше 1000 лет). Решение этой проблемы возможно при создании и введении в эксплуатацию материала, который бы обладал более быстрым спадом наведенной радиоактивности после нейтронного облучения. Безопасный уровень наведенной радиоактивности нового материала должен при этом достигаться за более короткий срок.

В качестве малоактивируемой радиационно-стойкой стали взамен применяемых корпусных сталей марок 15Х2МФА и 15Х2НМФА разработана сталь базовой композиции типа 15Х2В2ФА [10, 11]. В новой стали молибден, как высокоактивируемый элемент, заменен на вольфрам в эквиатомном соотношении. Кроме того, жестко ограничено содержание высокоактивируемых примесных элементов, таких как: ниобий, никель, кобальт, молибден и медь до уровней, которые в настоящее время обеспечивает металлургическая промышленность. Химический состав рассмотренных сталей приведен в таблице. Примесные элементы. разделены на группу примесей, которые следует ограничивать с точки зрения повышения радиационной стойкости (P, Cu, S, Sn, As)и группу примесей, присутствие которых в стали нежелательно по критериям активируемости (Nb, Co,Ni, Mo, Cu). Поэтому часть элементов таблицы присутствует и в качестве основных легирующих элементов, и в качестве примесных, например никель, молибден.

Для изготовления корпусов реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 применяются низколегированные теплоустойчивые стали Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V композиций марок 15Х2МФА и 15Х2НМФА. Для другого оборудования (парогенераторы, трубопроводы) в атомной энергетике используют менее легированные стали марок 10ГН2МФА, 10Н3МА, 10ХНМА. Все эти марки сталей относятся к теплоустойчивым. Диапазон эксплуатационных температур этого оборудования находится в интервале от 260 до 320°С. Эти температуры недостаточны для заметного развития процессов ползучести в процессе эксплуатации оборудования из сталей 15Х2МФА и 15Х2НМФА, поэтому для них нет требований по обеспечению определенного уровня длительной прочности и ползучести. Расчет прочности оборудования из теплоустойчивых сталей производится по стандартным механическим характеристикам. Эти стали относятся к группе удовлетворительно сваривающихся сталей. При их сварке требуется предварительный и сопутствующий подогрев и проведение немедленного отпуска сварного соединения.Если эти технологические мероприятия не проводить, то возможно образование трещин в околошовной зоне сварного соединения.

При производстве реакторов указанного выше типа применяется ручная электродуговая сварка штучными электродами, автоматическая сварка сварочной проволокой под слоем флюса, электрошлаковая сварка и автоматическая наплавка ленточным электродом внутренней поверхности корпуса реактора. Основной объем сварочных и наплавочных работ при производстве корпусов реакторов выполняется автоматами. Отдельные обечайки толщиной 140мм для ВВЭР-440 и 190мм для ВВЭР-1000 соединяются между собой кольцевыми швами. На каждом корпусе реактора таких кольцевых швов шесть.

СВАРКА СТАЛИ 15Х2МФА

В течение 20 лет с 1960 по 1980 при производстве корпусов реакторов ВВЭР-440 из стали 15Х2МФА сварка отдельных обечаек между собой осуществлялась автоматическим методом с использованием сварочной проволоки марки ЭИ-912 (Св-10ХМФТ), поставляемой по ГОСТ 2246-60 (табл.1) под слоем флюса АН-42. С применением этих материалов было изготовлено на Ижорском заводе более 20 корпусов реакторов. Поскольку требуемый уровень свойств с использованием этих материалов обеспечивался не всегда, и прежде всего по радиационной стойкости, сварочные материалы подвергались постоянному усовершенствованию. Так, при производстве корпусов для АЭС «Ловииса» был использован новый флюс АН-42М и кроме того был выполнен селективный отбор плавок сварочной проволоки марки Св-10ХМФТ для выполнения сварки кольцевых швов с таким расчетом, чтобы уменьшить содержание меди в проволоке. С помощью этих технологических мероприятий на двух реакторах «Ловииса» удалось обеспечить сварные швы довольно высокой чистоты. Однако требовались более кардинальные решения. Институт работал над этой проблемой, в результате чего была разработана новая сварочная проволока марки Св-10ХМФТУ, поставляемая по документу ТУ 14-1-3034-80, которая обеспечивает более низкое содержание вредных примесей (фосфора и меди) в металле шва.